광학식 힘 감지 기술은 인간과 기계 간의 상호작용을 혁신하고 있다 

촉감을 감지할 수 있는 로봇 손. 눈에 띄는 조작 버튼이 없는 세련된 오븐 전면 패널. 케이스 자체가 입력 표면이 되는 스마트워치. 이러한 모든 응용 사례에서 표면은 새로운 역할을 맡게 됩니다. 더 이상 단순한 외피의 역할을 하는 데 그치지 않고, 상호작용의 일부가 되는 것입니다. 

“표면은 점점 더 많은 기능을 제공해야 할 것으로 기대됩니다. 광학식 힘 감지 기술이 바로 이를 가능하게 합니다. 이 기술은 미세한 표면 변형까지 감지하여 이를 터치, 압력, 접촉에 관한 활용 가능한 정보로 변환합니다. 이를 통해 표면은 능동적인 인터페이스로 변모하며, 가전제품에서 로봇 공학에 이르기까지 인간과 기계 간의 상호작용 가능성을 넓혀줍니다,”라고 ams OSRAM의 수석 제품 관리자 크리스티안 파이어를(Christian Feierl)은 말합니다.

모든 터치에서 더 많은 정보를 얻기
제품 표면이 기존의 버튼이나 터치 표면 이상의 기능을 제공하려면, 단순히 접촉이 발생했는지 여부를 감지하는 것만으로는 부족합니다. 또한 각 터치에서 가능한 한 많은 정보를 추출하고 접촉 지점에서 이를 포착해야 합니다. 

이는 터치와 압력이 단일 지점이 아닌 여러 지점에 가해질 때 특히 까다로워집니다. 예를 들어, 로봇 손이 도구를 들어 올릴 때마다 여러 손가락에 힘이 어떻게 분산되는지, 그리고 그 힘이 물건을 잡는 과정에서 어떻게 변화하는지 감지해야 합니다. 여러 접촉 지점을 결합해야만 상호작용에 대한 완전한 그림을 그릴 수 있습니다.

바로 이 부분에서 아날로그 프론트엔드 AS7160이 그 역할을 합니다. 이 장치는 최대 8개의 광학 프론트엔드를 동시에 제어하며, 여러 센서 지점에서 데이터를 병렬로 수집합니다. 이를 통해 로봇 손은 예를 들어 여러 접촉 지점에 걸친 압력 정보를 분석하여 그립 과정을 더 정확하게 파악할 수 있습니다.

이때 시스템의 높은 감도가 결정적인 요소가 됩니다. AS7160은 단 0.22 마이크로미터의 표면 움직임도 감지합니다. 따라서 사람의 머리카락 굵기보다 훨씬 작은 변형도 감지할 수 있습니다. 이를 통해 센서는 금속 뒤나 습한 환경에서도 가해지는 힘의 미세한 변화를 식별하고, 로봇 손 안에서 공구가 움직일 때 이를 조기에 감지할 수 있습니다.

기계가 접촉을 통해 더 많은 정보를 얻을수록 주변 환경을 더 잘 이해할 수 있습니다. 그러나 이 정보가 어디에서 포착되는지도 마찬가지로 중요합니다. 광학 프론트엔드 SFH7065는 바로 이러한 목적을 위해 설계되었습니다. 이 센서 유닛은 이른바 ‘사이드 루커(side looker)’로서, 위에서가 아니라 표면을 따라 측면 방향으로 변화를 감지하므로, 손가락 끝, 관절, 손가락 측면은 물론 로봇 손의 곡면 부위와 같은 복잡한 형상에 감지 기술을 통합할 수 있는 가능성을 넓혀줍니다. 이러한 측면 감지 기능 덕분에 압축력과 전단력을 모두 측정할 수 있습니다. 이를 통해 센서는 물체를 얼마나 단단히 잡고 있는지뿐만 아니라, 물체가 그립 내에서 움직이고 있는지 또는 미끄러지기 시작하는지 여부도 감지할 수 있습니다. 상단 감지기와 결합함으로써 개발자는 접촉과 힘이 실제로 발생하는 위치에 센서를 정밀하게 배치할 수 있습니다. 이를 통해 감지 기술이 제품 구조 자체에 통합됩니다. 더 이상 단순히 보호되거나 덮여 있는 것이 아니라, 감지 및 제어에 적극적으로 기여하게 됩니다.

단순한 접촉 그 이상: 추가적인 정보원으로서의 압력
동일한 원리는 일상적인 응용 분야에도 적용될 수 있으며, 광학식 힘 감지 기술은 사용자 상호작용에 새로운 가능성을 열어줍니다.

오븐과 같은 가전제품의 경우, 제어 장치가 닫힌 유리 전면판 뒤로 완전히 사라질 수 있습니다. 여러 센서 지점을 통해 개별 제어 장치가 눈에 띄지 않아도 전용 제어 구역을 형성할 수 있습니다. 오븐 장갑을 낀 상태에서도 가볍게 터치하면 메뉴가 열리고, 의도적으로 압력을 가하면 기능이 활성화됩니다. 

마찬가지로, 소형 기기의 기존 표면에 추가 기능을 직접 통합할 수도 있습니다. 예를 들어, 스마트워치의 경우 케이스 자체가 입력 표면 역할을 합니다. 시계 측면을 길게 누르면 운동 모드가 시작되고, 짧게 누르면 전화 통화를 받을 수 있습니다. 이를 통해 제품의 디자인이나 폼 팩터를 변경하지 않고도 추가적인 입력 옵션을 제공할 수 있습니다.

광학식 힘 감지 기술은 단순히 터치를 감지하는 데 그치지 않고, 이를 추가적인 정보원으로 전환합니다. 오늘날 로봇 공학, 가전 제품, 웨어러블 기기에서 가능한 것들은 더 광범위한 발전 방향을 시사합니다. 제품들은 점점 더 디지털적인 촉각을 갖추게 되어, 주변 환경과 더욱 세분화된 방식으로 상호작용할 수 있게 될 것입니다.
 

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